Compression of Organic Molecules Coupled with Hydrogen Bonding Extends the Charge Carrier Lifetime in BA2SnI4

化学 卤化物 SNi公司 电荷(物理) 分子 氢键 金属 载流子 氢分子 化学物理 无机化学 计算化学 结晶学 凝聚态物理 有机化学 物理 水解 量子力学 酸水解
作者
Xinbo Ma,Wei‐Hai Fang,Run Long,Oleg V. Prezhdo
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:146 (23): 16314-16323 被引量:11
标识
DOI:10.1021/jacs.4c05191
摘要

Two-dimensional (2D) metal halide perovskites, such as BA2SnI4 (BA═CH3(CH2)3NH3), exhibit an enhanced charge carrier lifetime in experiments under strain. Experiments suggest that significant compression of the BA molecule, rather than of the inorganic lattice, contributes to this enhancement. To elucidate the underlying physical mechanism, we apply a moderate compressive strain to the entire system and subsequently introduce significant compression to the BA molecules. We then perform ab initio nonadiabatic molecular dynamics simulations of nonradiative electron–hole recombination. We observe that the overall lattice compression reduces atomic motions and decreases nonadiabatic coupling, thereby delaying electron–hole recombination. Additionally, compression of the BA molecules enhances hydrogen bonding between the BA molecules and iodine atoms, which lengthens the Sn–I bonds, distorts the [SnI6]4– octahedra, and suppresses atomic motions further, thus reducing nonadiabatic coupling. Also, the elongated Sn–I bonds and weakened antibonding interactions increase the band gap. Altogether, the compression delays the nonradiative electron–hole recombination by more than a factor of 3. Our simulations provide new and valuable physical insights into how compressive strain, accommodated primarily by the organic ligands, positively influences the optoelectronic properties of 2D layered halide perovskites, offering a promising pathway for further performance improvements.

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